王 莎 郭德斌 查海林 王 震 詹 鋒

（寧波公牛電器有限公司 慈溪 315314）

引言

隨著墻壁開關(guān)行業(yè)不斷發(fā)展，開關(guān)產(chǎn)品不斷地更新迭代，不僅出現(xiàn)了新的結(jié)構(gòu)、外觀，而且大板開關(guān)作為當(dāng)下主流的產(chǎn)品，其品質(zhì)也變得參差不齊，而開關(guān)按鈕脫扣力作為影響開關(guān)使用的重要參數(shù)指標(biāo)，也在潛移默化的發(fā)生著變化。

本文旨在通過對大板按鈕脫扣力進行研究分析，找出影響按鈕脫扣力大小的因素，為以后墻壁開關(guān)按鈕設(shè)計提供了參考依據(jù)。

1 按鈕脫扣力簡介

在GB/T 2099.9-2008第十三章13.7[1]（開關(guān)類產(chǎn)品參考GB/T 16915.1-2014第十三章13.3[2]）的介紹中，規(guī)定了用以確保防觸電功能的蓋、蓋板或其零件應(yīng)在兩個或多個點上用有效的固定件固定在正常位置上,其中13.3.2中對于不靠螺釘固定，且拆卸時，要朝幾乎垂直于安裝/支承表面的方向力才能拆卸的蓋、蓋板或起動元件，規(guī)定了相應(yīng)的力值范圍。在本文中，我們將這種拆卸時要朝幾乎垂直于安裝/支承表面的方向力成為按鈕脫扣力（這里的按鈕是一種泛指，它涵蓋了國標(biāo)中所描述的蓋和蓋板的定義，為了簡化描述方式，本文統(tǒng)一稱之為按鈕）。通過對普通用戶、專業(yè)用戶（電工、產(chǎn)品設(shè)計工程師等）和特殊用戶（孩童等）進行調(diào)研，得出最佳按鈕脫扣力值范圍為：10 ～45 N。

2 按鈕脫扣力影響因素分析

2.1 噴涂工藝對按鈕脫扣力的影響

墻壁開關(guān)中，介于開關(guān)產(chǎn)品的美觀性要求會經(jīng)常使用噴漆工藝對按鈕進行噴漆美化，使其呈現(xiàn)不同的外觀顏色。

為判斷噴漆工藝對按鈕脫扣力的影響，在這里我們選取兩組產(chǎn)品（一組用噴漆按鈕的成品100件、另一組用無噴漆按鈕組裝的成品100件，其余條件保持相同），通過按鈕脫扣力檢測設(shè)備對三位開關(guān)（本文測試開關(guān)均用三位開關(guān)）的左中右按鈕單邊脫扣力進行力值檢測，得到測試數(shù)據(jù)（如圖 1）。

圖1 噴漆與未噴漆所測脫扣力力值（實測）

通過測試可知噴漆按鈕的脫扣力較無噴漆按鈕的脫扣力大10 N左右，且脫扣力值浮動范圍也更大，更不穩(wěn)定。因此，為了保證最佳按鈕脫扣力值范圍為：10～45 N，需要控制無噴漆按鈕的脫扣力范圍在10 ～30 N之間。

2.2 PC材料差異性對按鈕脫扣力的影響

按鈕原材料由不同的材料組成，其中PC料作為生產(chǎn)按鈕的最主要原料，大面積使用，而PC料之間由于供應(yīng)商不同也存在著差異性。

為判斷材料的差異性對按鈕脫扣力的影響，在這里我們選取兩組產(chǎn)品（一組用杰事杰PC注成的按鈕組裝的成品100件、另一組用科思創(chuàng)PC注成的按鈕組裝的成品100件，其余條件保持相同），通過脫扣力檢測設(shè)備對三位開關(guān)的左中右按鈕單邊脫扣力進行力值檢測，得到測試數(shù)據(jù)（如圖 2）。

圖2 不同PC料所測脫扣力力值情況（實測）

通過測試可知用杰事杰料比用科思創(chuàng)料按鈕脫扣力偏大一些，但總體變化不大，因此不同品牌的PC料對按鈕脫扣力影響不大。

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計對按鈕脫扣力的影響

2.3.1 扣位剛度對按鈕脫扣力的影響

通過CAE理論分析，確定扣位剛度的主要關(guān)鍵尺寸為肋筋厚度A、筋高差B、扣位筋高度C（如圖 3）。

圖3 影響按鈕扣位剛度關(guān)鍵尺寸

再運用控制變量法確定A、B、C三處對按鈕脫扣力的影響程度，用CAE進行模擬分析。

實驗1：變量A分別?。?0.3 mm、0.6 mm、0.9 mm三組，其余結(jié)構(gòu)參數(shù)保持不變（B取1 mm，C取4.3 mm）。

實驗2：變量B分別?。? mm、0.7 mm、0.4 mm、0.1 mm三組，其余結(jié)構(gòu)參數(shù)保持不變（A取0.6 mm，C取4.3 mm）。

實驗3：變量C分別?。?.3 mm、3.9 mm、3.5 mm、3.1 mm四組，其余結(jié)構(gòu)參數(shù)保持不變（A取0.6 mm，B取1 mm）。

得到CAE分析數(shù)據(jù)（如圖 4），其中通過圖4可知對扣位剛度影響最敏感的是肋筋厚度A，以此作為后續(xù)分析的主要數(shù)據(jù)。為保證按鈕脫扣力的最佳范圍值，無噴漆按鈕的脫扣力范圍需保證在在10 N～30 N之間，從圖4的“CAE分析：B變化”圖中可知B值在0.1～1 mm范圍內(nèi)，數(shù)值越小所需脫扣力值越大，當(dāng)B取1 mm時，所需力值已接近30 N，因此筋高差B取1 mm為最佳?？畚唤罡叨菴對按鈕脫扣力影響較小，且C取值受外觀影響較大，根據(jù)產(chǎn)品策劃情況而定，暫不做分析。

圖4 實驗1.2.3力值情況（CAE分析）

根據(jù)上述分析肋筋厚度A對按鈕脫扣力的影響較大，對其進行實測分析，變量A分別?。?0.3 mm、0.6 mm、0.9 mm三組，其余結(jié)構(gòu)參數(shù)保持不變，每組100個三位開關(guān)成品。通過脫扣力檢測設(shè)備對三位開關(guān)的左中右按鈕單邊脫扣力進行力值檢測，得到測試數(shù)據(jù)（如圖5）。

圖5 變量A力值情況（實測）

通過實測可知，A取0.6mm時，脫扣力最符合設(shè)計需求。

2.3.2 按鈕整體剛度對按鈕脫扣力的影響

按鈕整體剛度主要由按鈕主壁厚尺寸決定，通過控制變量法調(diào)整主壁厚分別為：1.6 mm、2.0 mm、2.4 mm三種方案（如圖6）進行CAE理論分析，得到分析數(shù)據(jù)：

圖6 三種方案示意圖

壁厚1.6 mm時，脫扣力力值14.3 N；

壁厚2.0 mm時，脫扣力力值14.7 N；

壁厚2.4 mm時，脫扣力力值14.8 N。

通過CAE分析可知，按鈕整體剛度對脫扣力的影響不明顯，再對其進行實測分析，變量主壁厚分別?。?.6 mm、2.0 mm、2.4 mm三組，其余結(jié)構(gòu)參數(shù)保持不變，每組100個三位開關(guān)成品。通過脫扣力檢測設(shè)備對三位開關(guān)的左中右按鈕單邊脫扣力進行力值檢測，得到測試數(shù)據(jù)（如圖7）。

圖7 按鈕主壁厚對脫扣力的影響（實測）

通過實測再次驗證按鈕主壁厚對脫扣力的影響不明顯，其中綜合考慮注塑縮水、變形，按鈕的主壁厚設(shè)計在1.8～2.2 mm之間最佳。

2.3.3 增加支撐筋對按鈕脫扣力的影響

通過增加支撐筋的方式查看是否對按鈕脫扣力有影響，本文選擇在按鈕主要部位按鈕扣位中間增加一條支撐筋（如圖8）與不加筋情況進行對比分析。（其中灰色支撐筋加高至白色定位面）

圖8 按鈕加支撐筋示意圖

實驗設(shè)置變量：有支撐筋、無支撐筋兩種情況，各取100件三位開關(guān)，用脫扣力檢測設(shè)備進行力值檢測，得到測試數(shù)據(jù)（如圖9）。

圖9 加支撐筋對脫扣力的影響（實測）

通過實測可知增加支撐筋對脫扣力影響不明顯，考慮到生產(chǎn)經(jīng)濟效益，選擇無支撐筋更合適。

2.3.4 卡扣位方向改變對按鈕脫扣力的影響

通過卡扣位結(jié)構(gòu)方向的改變來查看是否對按鈕脫扣力有影響，本文選擇內(nèi)外扣兩種方式（如圖10）進行對比分析。并且選取2種方式的壁厚D和筋寬E（如圖10）分別為：1.6 / 0.3、2.0 / 0.3、2.4 / 0.3、2.4 / 0.3網(wǎng)格筋、1.6 / 0.6、1.6 / 0.9。對這六種方案進行實測分析。12種情況的按鈕組裝的成品各取100件三位開關(guān)，用脫扣力檢測設(shè)備進行力值檢測，得到測試數(shù)據(jù)（如圖11）。

圖10 內(nèi)外扣方式示意圖

圖11 內(nèi)外扣脫扣力最大與最小值差值對比

通過數(shù)據(jù)可知外扣的脫扣力數(shù)值相對內(nèi)扣脫扣力數(shù)值更為穩(wěn)定，但實驗過程中外扣在脫扣時有明顯的卡頓現(xiàn)象。

3 結(jié)論

本文首先通過對按鈕脫扣力進行定義，并查詢現(xiàn)有文獻結(jié)合用戶調(diào)研得出最佳按鈕脫扣力范圍。之后再結(jié)合實際情況對可能影響按鈕脫扣力的因素（油漆工藝、PC料差異、結(jié)構(gòu)方面：扣位剛度/按鈕主壁厚/支撐筋/扣位方向）進行具體分析檢測，得出相應(yīng)結(jié)論，給后續(xù)按鈕設(shè)計提供改進方向，起設(shè)計指導(dǎo)作用。